Doğanın En Acımasız Gerçeklerinden Biri Olan Entropi Nedir?
entropi; madde ve enerjide düzensizliğin sürekli artma eğilimini ifade eden fiziksel bir terim. termodinamiğin ikinci yasasıdır. zamanın tek bir yönde (geçmişten geleceğe) ilerlediğini kavramamızı sağlayan süreçtir.
şöyle ki: bilinen hiçbir fiziksel yasasının geçmişten geleceğe doğru işlemesini sağlayan bir sebep yoktur. gravitasyon (çekim kuvveti) ve merkezkaç kuvveti örnek alalım. ay, dünya etrafında bu iki gücün bileşkesi sayesinde belirli bir yörüngede dönmektedir. ay düzgün doğrusal (üniform) hareket yapmak isterken dünyanın ve tabii ki kendisinin yerçekimi, onun uzay boşluğuna savrulmasını engeller. çizgisel hızından dolayı da merkezkaç kuvvet dünya'ya düşmesine engel olur. her iki cisim de sürtünmesiz ortamda hareket ettiklerinden bir denge durumu oluşmuştur. video kamerayla ayın dünya etrafında dönüşünü çekersek ve filmi geriye doğru oynatırsak gözümüzü rahatsız eden bir sekansa rastlamayız. bu söylediğime fizikçiler "tersinme" ilkesi (inversion) derler ki beta ışınlarının bozunmasında gözlenen istisnai bir iki atomaltı tepkime dışında bütün fizik yasaları tersinebilir özelliktedir.
neden düşen çay bardağı parçalara ayrılır da cam kırıkları kendiliğinden şöyle ince belli güzel bir bardak oluşturmaz? bir fıçıya bir saat koyup delicesine sallarsak içine baktığımızda parçalara ayrıldığını görürüz ama aynı fıçıya saat parçaları koyup (çarklar, yaylar, vidalar, akrep, yelkovan vs.) çalkalarsak, fıçıyı açınca çalışan bir saat bulmayı ummayız. nedeni entropidir. evrendeki her şey düzenli, karmaşık ve büyük yapılardan düzensiz, basit ve daha küçük yapılara dönüşme eğilimdedir. galaksiler birbirlerinden uzaklaşırlar (genişleyen evren) bir yandan da yıldızlar enerjilerini sonsuzluğa boşaltırlar. her yıldızın enerji potansiyeli çekirdeğinde bulunan ağır elementlerin miktarıyla orantılıdır. sonsuz karanlığa karışan enerji geri gelmediği için; her yıldız gitgide enerjisini tüketmektedir. yaşadığımız çağda bile şimdiden sönmüş yıldızlar vardır.
peki doğa düzenli ve yüksek karmaşıklıkta yapılara karşı tahammülsüz ise bunun sonu nereye varacaktır?
her şey mikro zerreciklere kadar sürekli dağılacak ve birbirinden uzaklaşacak, uydurayım, misal 5 trilyon yıl sonra elektronlardan (ya da daha küçük subatomik parçacıklardan) daha büyük bir kütle, fotondan daha büyük bir enerji düzeyi kalmayacaktır. uzay mikro parçacıklardan oluşan homojen bir çorbaya dönecektir. fizik kuramında buna evrenin ısıl intiharı denir. akvaryuma akıtılan bir damla mürekkep nasıl ki her bir zerreciği akvaryumun her yanına eşit şekilde dağılana kadar yayılımını sürdürecekse uzayda da madde ve enerji homojenleşmeye devam edecektir. tabi akvaryum örneğinden bir farkla, uzay sınırları olmayan bir boyut olduğu için bir zaman gelecek ki her bir parçacığın arasında sonsuza yakın boşluklar olacak. sonsuzluğu doldurmak mümkün olmadığından evren dediğimiz şey ortadan silinip gidecek.
işin bu noktasına gelince işler biraz karışır. newton fiziğinin egemen olduğu zamanlarda uzayı ve zamanı maddeden bağımsız düşünmek olanaklı idi. lakin einstein 20. yüzyılın başında newton fiziğine ilk acımasız darbesini vurmuştur. o zamandan beri evren algımızla ilgili bir çok şey ters yüz olmuştur. bugün kabul ettigimiz kuram, uzay ve zaman çekim kuvvetlerinin, kuvvetler de maddenin bir fonksiyonudur. açıklaması: mekan ve zamanın varlığı maddeye bağımlıdır.
fantezi yapalım. kozmostaki her şeyi bir anda yok edebilseydik geriye sonsuz, karanlık ve boş bir uzay mı kalırdı? yoksa mekan da içindeki her şeyle birlikte yok mu olurdu? peki zaman? zaman içinde aynı durum geçerli mi? teori şu: evrenden sonrası diye bir şey söz konusu olamaz. madde ve enerjinin olmadığı hayali durumda zaman diye bir şey de olmazdı çünkü. bakın dikkat edin; zamanın geçtiğinin ayırdına varacak bir bilinç olmadığı için ya da üzerindeki değişimleri gözlemleyebileceğimiz bir madde olmadığı için zaman kavramından bahsetmek anlamsız olurdu denilmiyor. nesnel, objektif bir olmama durumundan bahsediliyor. (biliyorum kafanız karıştı ama sabredin en can alıcı noktaya geliyorum) zaman ve uzayın varlık sebebi kütleyse; aynı zamanda kütle entropi sayesinde kendi özgüllüğünü sıfıra taşıyorsa; evrenin ölümü sadece gökcisimlerinin ölümünden ibaret olmayacak demektir. uzam da (uzay zaman bütünlüğü) mutlak bir hiçlik durumuna dönüşecek. salt yokluk yani. bu da bizi yokluk var mıdır yok mudur felsefi sorunsalına götürür ki şimdilik bu konuyu rafa kaldıralım.
entropiyle ilgili asıl ilginç olan şey bilinen herhangi bir neden-sonuç ilişkisine dayanmamasıdır
yani olur ama olması için belirli bir sebep yoktur. herhangi bir fizik kuralından kaynaklanmaz. tüm temel fizik kuramlarını öğrenseniz bile entropinin illiyet bağını yine de bilemeyecektiniz. ama önemli değil; nasılsa yeryüzündeki kimse bilmiyor. akvaryum örneğine geri dönersek; basitleştirmek adına mürekkep atomlarına mavi atomlar, su atomlarına şeffaf atomlar diyelim. saçma gelebilir ama richard feynman da cornell üniversitesi'ndeki fizik dersleri sırasında konuyu aynı örnekle anlatmıştır. mürekkebi akvaryum suyuna damlattığımızda olan şey -yakından bakarsak- mavi atomların şeffaf atomlarla, şeffaf atomların şeffaf atomlarla ve mavi atomların mavi atomlarla çarpışmasından başka bir şey değildir. bu çarpışmalar tamamı ile rassaldır. atomlara bilinç veya istenç izafe edemeyeceğimiz için çarpışmaları sadece matematiksel bir yaklaşımla anlamaya çalışabiliriz.
diyelim ki 20 tane şeffaf atom taneciğinin içine 3 tane mavi tanecik attık. akvaryumun içindeki bu rasgele çarpışmalar sırasında atomlardan bazıları o yana, bazıları bu yana savrulacaktır. bu sağa sola çarpmalar sırasında 3 mavi atomun yan yana gelmesi de olasılıklardan biridir. hatta bilardo toplarıyla denesek, muhtemelen 3 aynı renk topu bir arada denk getirdiğimiz anlar olacaktır. bu, aynı cins parçacıkların bir arada bulunma haline yoğunlaşma denir; diğerleriyle eşit sayısal oranlarda bulunmalarına homojenleşme. işin esprisi mavi atomların bir arada, şeffaf atomların bir arada bulunma şansları matematiksel olarak olanaklıdır ama büyük ölçeklerde asla böyle bir şey olmaz. her mavi atom diğer mavi atomlardan eşit uzaklıkta bir noktada konuşlanıp salınımına devam ediyormuş gibi davranır. 20 şeffaf ve 3 mavi demiştik. sadece 20 atomla yaptığımız düşünce deneyinin aksine mürekkep suyun içine dökülünce, her 6-7 şeffaf atoma bir mavi atom gelecek şekilde dağılır. tek bir atom ya da küçük sayılarda atomlar incelendiğinde herhangi bir sistematiğe bağlı kalmadan hareket ettikleri gözlenen maddi yapının birçoğu bir araya geldi mi tuhaf bir şekilde hepsi demokrat kesilirler.
tabii ki 23 atomla böyle bir deney yapılmış değildir ama büyük niceliklerle (milyarlarca atom) evde deneyebilirsiniz. bir bardak suya renkli bir sıvı damlatırsınız. özkütle farkları yoksa difüzyon (yayılma) elde edersiniz. ama bir ömür oturup bardağın başında bekleseniz bile renkli sıvının bir yana suyun bir yana geldiğini göremezsiniz. halbu ki çarpışmalar atomların kinetik enerjileri ile ilgili bir şeydir; tesadüfi gerçekleşmesi gerekir. karışımın homojen kalmaktaki kararlılığı iradiymiş gibi görünmesi sizi yanıltmasın, aslında istatistikidir. buna büyük sayılar yasası denir. örneklemimiz ne kadar büyükse beklenen olasılıksal rasyolar o kadar isabetlidir. bu örnekte homojenleşme eğilimi.
10 defa yazı tura atarsak 1/2 olasılıklı bu deneme için 5 yazı 5 tura beklerken, 3 kez yazı 7 kez tura gelebilir. 10 kez üst üste yazı bile gelebilir. ama 100 kez atarsak 100 kez üst üste yazı gelme olasılığı 1/2'nin 100'üncü dereceden kuvvetidir ki dikkate alınmayacak kadar düşük bir olasılıktır. muhtemelen sonuçlar, örneğin 53'e 57 gibi %50'ye yakınsayan bir seyirde çıkacaktır. deneme sayısını ne kadar artırırsak %50'ye daha çok yaklaşırız. mürekkep örneğimizden devam edersek 3 mavi atomun rassal çarpışmalar sırasında aynı yerde toplanması fiili olarak mümkünken 300 milyar mavi atomun tesadüfen akvaryum içinde aynı noktada yoğunlaşması sadece teorik olarak mümkündür. madde ve enerjideki türdeşleşme eğilimi gibi görünen örüntünün arkasında yatan basitçe bu olsa gerek.
karmaşıklıktan basitliğe, düzenden düzensizliğe giden bu tek yönlü seyir insan bilincinde şeylerin değişiminin lineer bir boyut içinde mümkün olduğu şablonunun oluşmasına yol açmış olabilir. ki özünde tabiatta bir şeyler ancak olabilecekleri haliyle oluyor. kaotik bir karmaşa içinde değil de yasaları belirli bir evrende yaşadığımız duygusunun güvenliğine sığınabilmek için olaylara düzen, hiyerarşi ve sıralama bahşeden bizim beynimiz.
Termodinamiğin 2. Yasasını Çürütmek İçin Tasarlanan Deney: Maxwell'in Cini
